電力液壓制動器在卷揚式啟閉機中的應用

王 帥

(河北省大清河河務中心,河北 保定 071000)

電力液壓制動器是一種在國民經濟生產建設工程中被廣泛使用的制動設備,電力液壓推動器是它的驅動結構,通過杠桿體系,將推動器活塞桿的上下運動轉換為制動閘塊的運動,與制動輪或制動盤發生摩擦,因此產生制動力矩,從而控制設備的減速和制動,具有結構簡單、造價較低、可靠度高、維護方便等優點,被廣泛應用于起重設備、風電行業、礦山機械、汽車等領域,而在水利行業中,制動器常常與卷揚式啟閉機匹配使用,確?？刂茊㈤]設備安全穩定的運行,在當前水利工程的建設和運行環節之中占據重要地位[1]。

為保證水利工程的運行安全,定期對啟閉機系統進行細致的檢查和維護是很有必要的,對設備出現的故障、隱患及問題進行分析,提出合理有效的處理方案,以保持設備完好,確保水利的安全穩定運行[2]。

文章以王村分洪閘卷揚式啟閉機電力液壓推桿式制動器為例,分析了電動液壓制動器的結構組成、運行原理、故障原因等,經過分析,維修原制動器并不可靠經濟時,選擇更換新的制動器,淺述了YWZ9系列制動器與YWZ5系列制動器的不同,更換制動器后的啟閉機能夠更好地保證該工程的安全穩定運行。

1 工程概況

王村分洪閘修建于河北省文安縣境內的趙王新河右堤(千里堤)上,對分減趙王新河洪水,控制向文安洼分洪具有極其重要的作用,王村分洪閘的運行直接影響著大清河系南北支洪水調度和各洼淀的聯合運用。若分洪期間泄水不暢,將威脅天津市、兩塊大油田(華北油氣田、大港油田)、兩條重要鐵路(京九鐵路、津浦鐵路)、下游文安縣城及廣大地區人民生命財產的安全,一旦在運用過程中閘體出險,給下游文安縣城幾十萬人民生命財產造成不應有的巨大損失,其社會意義、經濟效益十分重要[3]。

原王村閘始建于1955年,初建時為泄洪閘,建閘同時開辟趙王新渠,設計流量880m3/s。1970年大清河中下游治理時,在白洋淀出口處建成棗林莊樞紐,趙王新河改道至王村閘北,與下游的趙王新渠銜接,于是王村泄洪閘即改為向文安洼分洪的分洪閘。2005年在王村分洪閘上游185m處修筑了分洪壩,作為應急度汛措施,代替王村分洪閘擋水。

該分洪閘于2009年10月完成改建,設計分洪流量1380m3/s,并將原閘室拆除重建,改建后分洪閘共10孔,每孔設置1扇工作閘門,結構為直升式平面滾輪鋼閘門,相應的啟閉設備型式為固定卷揚式啟閉機。

2 閘門及啟閉機概況及存在的主要問題

2.1 閘門及啟閉機概況

該分洪閘共10孔,每孔均設1扇工作閘門。工作閘門型式為直升式平面滾輪鋼閘門,孔口結構尺寸高4.7m,寬12.0m,設計水頭為4.4m,閘底高程4.5m,設計水位8.9m。滾輪支承,軸承采用自潤滑滑動軸承,封水為P型橡皮后封水型式,閘門采用雙吊點,吊點距為8m。每扇閘門重18.0t,每孔埋件重5t。啟閉設備采用固定式卷揚啟閉機,容量為2×160kN,揚程為7.0m,自重為4.5t,共10臺,每扇閘門配1臺啟閉機。啟閉機制動器采用電力液壓制動器YWZ5-200/30,啟閉機配置主令開關型閘門開度傳感器和電子式荷載限制器,閘門操作方式為動水啟閉、局部開啟。

2.2 存在的主要問題

經過多年的運行,該啟閉機制動系統老化嚴重,10臺工作閘門與啟閉機啟閉機均有不同程度的運行障礙,如制動輪在運轉中有明顯的發燙現象,而且能聞到制動帶中的焦糊味,有很明顯的磨損痕跡,制動器在實際通電之后不動作,或者制動輪鎖死過慢甚至無法鎖死導致閘門下滑,嚴重影響工程運行安全,如果出現泄水不暢的問題,將下游廣大地區人民生命財產安全,在運行過程中一旦閘門主體出現危險,將會給下游文安縣城幾十萬人民生命財產造成不可估量的巨大損失,這是絕對不應該也不允許發生的。

工作人員立即對啟閉機制動器進行細致的檢查,依據工作人員扎實的專業知識及多年的運行經驗,發現啟閉機出現以上問題的原因,是由于電力液壓制動器經過長時間運行后出現的常見故障,需從制動器的結構及工作原理著手解決。

3 電力液壓制動器結構及工作原理

通俗來說,制動器就是一種類似于剎車的機械零件,可以控制機械中的運動速度減緩或停止,是啟閉機的重要部件之一,它可以在啟閉機停止運行時迅速剎住制動輪,讓閘門停止上升或下降,因此它必須動作靈活、制動準確,以本工程使用的YWZ5-200/3制動器為例,它的結構和工作原理如下。

3.1 制動器的結構

本水閘卷揚式啟閉機現狀制動器啟閉機制動設備為虹發制動器廠型號YWZ5-200/30型電力液壓推桿瓦塊式制動器,制動輪直徑200mm,退距0.7mm,制動力矩300Nm,結構圖如圖1所示。

圖1 電動液壓制動器結構圖

電力液壓制動器的兩大組成部分為制動架和與之相配套的電力液壓推動器,其中制動架又包括底座、制動臂、杠桿、拉桿組件、彈簧組件、制動瓦和摩擦襯墊等[4],使用中還可以根據需求附加磨損自動補償裝置、磨損顯示行程開關、開閘(閉閘)顯示行程開關、左右手動裝置等。

3.2 制動器的工作原理

電力液壓制動器的驅動裝置為液壓推桿裝置,其制動力來自主彈簧,它的的工作機理如下:

1)當閘門需要開啟時,將電液推動機的電動機接通電源運行,電動機運轉帶動電動機軸上的葉輪旋轉并快速攪動油液,在離心力的作用下,葉輪腔體內的液體被甩出來,大量具有高壓的油液沖擊活塞的底部,產生向上的推力,此推力對抗制動彈簧和復位彈簧的作用力,推動活塞向上運動,經過杠桿結構的運動轉換和放大作用,閘塊與制動盤間出現控隙,實現開閘運動。

2)當閘門需要制動時,機構主電動機與制動驅動電動機同時斷電,葉輪因電動機的斷電也停止轉動,由于負荷彈簧力及本身重力的作用,活塞即可降落,高壓液油重新進入活塞頂部,活塞底部的油液失去壓力,使推桿在制動彈簧和復位彈簧的作用下往下運動,通過杠桿系的作用,最終閘塊壓向制動盤,完成制動過程[5]。

4 故障原因分析

對出現的問題和制動器進行了細致的研究后,分析故障發生的部位及原因主要有如下3點:

1)制動輪鎖死過慢甚至無法鎖死閘門下滑問題:①由于制動器本身的主彈簧張力變小,彈簧彈性減弱,結構變得松軟,難以支撐制動輪的剎閘力。②可能是由于液壓油停留在制動輪表面引發的打滑問題。③制動器長時間的運行,制動帶出現了不可恢復的磨損,致使閘塊自身壓力不夠充分。④閘瓦之間的空隙增大。⑤拉桿絞點處被卡主,多是因為構件發生了銹蝕問題。

2)制動輪運行中有明顯的發燙現象和磨損痕跡,甚至帶有焦糊味中發燙現象凸顯。出現類似問題,可能是因為經過長期的運行和摩擦,制動輪和閘瓦之間產生了不均勻的空隙,運動不平滑,制動輪和制動帶的分隔存在阻礙。

3)通電之后制動器不工作。①電力液壓推動器在通電運行后,由于其中的驅動電動機電源缺相,又可能是因為電動機自身內部結構被破壞。②葉輪軸和電動機軸之間的聯軸器,連接不緊密,甚至發生了松動或者滑移的現象,電動機本身的軸在空轉,但無法帶動葉輪軸工作。⑤拉桿絞點處被卡主,多是因為構件發生了銹蝕問題[6]。

5 YWZ9替代YWZ5可行性

經過細致詳細的分析,由于該制動器于運行時間過長,存在問題過多,若只是簡單的維修,并不能保證啟閉機后續運行可靠,依據運行人員的運行經驗,建議更換制動力矩較大的制動器,結合現場勘查將現狀制動器制動輪更換為直徑250mm的制動輪,制動器選用YWZ9-250/E50型電力液壓制動器,退距1.0mm,制動力矩500Nm。

YWZ9電力液壓制動器結構組成也主要包括底座、推動器、制動臂、制動瓦塊、制動彈簧、彈簧拉桿、退距自動均等裝置、杠桿、潤滑裝置等部分,且工作原理與YWZ5類似,也是在驅動機構的作用下,將電能轉換為機械能,由于葉輪的高速旋轉,從而使油缸體內油液形成高低壓腔推動活塞往上運動,再經過杠桿體系的轉換,上下垂直的運動被轉換成制動臂的左、右擺動,由此達到松閘目的,當將驅動裝置電源切斷后,機構在制動彈簧的作用下將力通過杠桿體系放大,再傳遞到制動閘瓦處,完成抱閘動作,實現制動目的。

由此可見,用YWZ9型電力液壓制動器替換YWZ5型式是合理可行的,且與YWZ5型式相比,YWZ9型電力液壓制動器具有如下特點。

6 YWZ9電力液壓制動器特點

1)將原老制動器的雙臂改變為單臂焊接件,制作過程中加工簡單、節省材料、工藝性好,安裝時裝配起來便捷、使用過程中機械性能好,制動過程平穩,動作靈活,制動效率高,具有較高的安全可靠性。

2)YWZ9電力液壓塊式制動器最關鍵的技術是具有聯鎖式等退距裝置,使得退距自動均等的設計。將等退距裝置的左右連板與左右制動臂鑄成分體連接形式,通過左右連接板轉動低副,使其制動臂自動均等打開,在運行過程中適中維持兩側瓦塊退距均相等,避免出現因退距不等使一側制動襯墊浮貼制動輪的問題。

3)YWZ9電力液壓式制動器在主要擺動鉸點設有自潤滑軸承,制動器工作中摩擦力小,耐磨性能改善,制動效率提升,解決了之前制動器鉸接孔磨損后難以松閘的問題,而且制動器的底座鉸接孔、閘瓦處都設置了注油杯,跟類似產品相比,制動效率又得到了大幅提升,增加了使用壽命,維護簡單,在使用過程中無需潤滑。

4)制動器彈簧布置在彈簧管內,而且在一側設有制動力矩標尺,使用過程中調試制動器力矩可直觀精確的顯示,調整方便。

5)YWZ9電力液壓制動器的制動襯墊的固定采用的是插入式連接,解決了制動襯墊軸間移動的問題,而且取消了擋板,不僅檢修更換更加方便、快捷,而且制動器襯墊的利用率也可提高約百分之三十,省去了結構中的一些零件,節省材料、也節省了安裝時間。

6)制動襯墊,采用目前國際上較先進的無石棉材料,很好地改善了摩擦性能,提高了摩擦材料的穩定性、耐磨性。與普通的石棉樹脂和石棉剎車帶相比,延長了使用壽命至兩倍以上,摩擦材料的利用率也大大提高,而且制動器工作期間不產生粉塵,不破壞環境,環保安全性好。

7)YWZ9電力液壓制動器在安裝調試方面,由于在拉桿和彈簧拉桿調整處新增了隔套,與現有產品相比,安裝調整起來更加便捷,性能優越[4]。

7 結 語

啟閉機設備是水閘工程生產運行的重要物質基礎,電力液壓制動器作為啟閉機結構中的核心組成部分,在目前眾多水利樞紐工程項目的建設和運行中具有舉足輕重的積極作用,它在水閘的運行過程是控制性結構,起到減速和中斷運行的作用,但是不可忽視的是,經過長期的工作運行,制動器難以避免會出現一些故障問題,當制動器出現故障時,需要經過細致的研究和分析,根據故障的外在表現形式分析結構內部出現的問題,采用科學有效的方式加以處理,確保工程運行的安全可靠[7]。